SE466082B - Foerfarande foer prediktering av maetvaerden i ett mobilradiosystem - Google Patents

Description

466 082 Ett sådant förfarande enligt uppfinningen kännetecknas av de i patentkravet 1 angivna särdragen.

FIGURFÖRTECKNING Uppfinningen, ytterligare syften samt med uppfinningen uppnådda fördelar förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskrivning och de bifogade ritningarna, i vilka: Fig. 1 visar ett cellulärt mobiltelefonsystem; Fig. 2 visar principen för ett generellt adaptivt filter; Fig. 3 visar principen för ett adaptivt transversalfilter: och Fig. 4 visar principen för en adaptiv prediktor lämplig att användas vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning.

FÖREDRAGEN Umrönïnssronn Fig. 1 visar den principiella uppbyggnaden av ett cellulärt mobiltelefonsystem. Ett sådant system innefattar ett antal celler, varvid varje cell i denna utföringsform innehåller en basstation BS. För enkelhets skull visas ett antal sådana basstationer BS :i figuren. Basstationerna BS befinner sig i radiokontakt med ett antal mobilstationer MS, av vilka endast en visas i figuren. Mobilstationen MS kommunicerar med basstationen BS i den cell i vilken den för tillfället befinner sig. Då mobilstationen MS förflyttar sig från cell till cell överlämnas kommunikationen från basstationen BS i en cell till basstatio- nen BS i en intilliggande cell via s.k. handoff.

Beslutsunderlaget för när handoff skall beordras från basstatio- nen BS till mobilstationen MS bildas genom att exempelvis signalstyrkan från de kringliggande basstationerna hela tiden 10 15 20 25 30 3 466 082 uppmäts vid mobilstationen MS och att resultaten av mätningarna sänds tillbaka till den aktuella basstationen BS för utvärdering.

Denna utvärdering kan antingen ske i själva basstationen BS eller i en mobiltelefonväxel till vilken basstationen BS är ansluten.

Basstationen BS kommer därför att mottaga en ström av mätvärden s(n), där n betecknar diskreta tidpunkter.

Vad man nu enligt uppfinningen önskar göra är att på basis av redan mottagna värden s(n), s(n-1), ..., s(n-L) förutsäga eller prediktera värdet av signalen vid en senare tidpunkt s(n+L), så att beslut om: handoff kan ske 'pä ett tidigare stadium och handoff-ordern kan sändas till mobilstationen MS innan förbin- delsen blivit så dålig att ordern ej längre kan tas emot. För detta ändamål utnyttjas ett adaptivt filter.

Principen för ett generellt adaptivt filter F visas i fig. 2. I fig. 2 används följande beteckningar: u(n) = insignalen till det adaptiva filtret F; ö(n) = utsignalen frân det adaptiva filtret F; o(n) = den önskade signalen; och e(n) = felsignalen.

Idén bakom ett adaptivt filter består i att filtrets koefficien- ter eller parametrar styrs pá sådant sätt att utsignalen ö(n) blir sä lik den önskade signalen o(n) som möjligt. Detta görs genom att effekten i felsignalen e(n), [E{e2(n)}], minimeras.

Principer för'koefficientinställningen.kommer'att.beskrivas under hänvisning till fig. 3, som visar ett adaptivt transversalfilter.

Filtret i fig. 3 består av N-1 fördröjningselement betecknade z'1, N multiplicerande filterkoefficienter Cl, C2, ..., CN samt N-1 adderare betecknade +n I en ytterligare adderare bildas skillnaden e(n) mellan den önskade signalen o(n) och filtrets utsignal o(n). Denna skillnadssignal används för inställning av filtrets koefficienter C1, C2, ..., CN efter varje inmatning av 10 15 20 25 466 082 ett nytt insignalvärde u(n). Filterkoefficienterna är med andra ord tidsberoende, dvs Cl, C2, ..., CN = C1(n), C2(n), ..., CH(n).

För beräkning av nya koefficienter Cl, C2, ..., CN behövs en lämplig algoritm. Här kommer tvâ lämpliga algoritmer att beskrivas, nämligen LMS (Least Mean Square) och RLS (Recursive Least Square).

Först behövs några allmänna definitioner. Låt g(n) = [u(n), u(n-1), ..., u(n-N+1)]T vara insignalvektorn, varvid T betecknar transponering, dvs Q(n) är en kolumnvektor. Lät pà samma sätt § = rc1. c2. ---, cN(n>1T vara koefficientvektorn. Med dessa definitioner erhålls ö = §T Observera att koefficientvektorn Q refererar till tidpunkten n-1 medan insignalvektorn Q refererar till tidpunkten n. Vidare erhålls e = ° - ö = ° - §? LMS-algoritmen Denna algoritm definieras av: flm=øm>-ëmflrmm §(n) §(n-1) + u H(n)-e(n) där p är den så kallade stegkonstanten och g(0) normalt sätts lika med [0, 0, ..., 0]T. Denna algoritm är således rekursiv, dvs den gör en uppdatering för varje nytt mottaget mätvärde.

Algoritmen beskrivs ytterligare i exempelvis Widrow & Stearns, 10 15 20 25 466 082 "Adaptive Signal Processing", Prentice-Hall, 1985 eller Haykín, "Adaptive Filter Theory", Prentice-Hall, 1986.

RLS-algoritmen Denna algoritm definieras av: mn) yn-l) mn) mn) = 1 __12 em) nun) - dRn-l) mn) mn) = gn-l) + mn) -e där 1(n) = en temporär vektor, §(n) = en förstärkningsvektor, g(nçktotnv§raæn bèhl autokorrelationsmatrisen för insignal ß = en "glömskefaktor".

Såsom begynnelsevärden sätts normalt å(o) = p0°šNxN mo) = fo, 0. 01” där po = en stor konstant, och šwxu = enhetsmatrisen av ordning N. Även denna algoritm är således rekursiv. Den beskrivs ytterligare i ovan nämnda bok av Haykin.

En adaptiv prediktor lämplig för genomförande av förfarandet enligt föreliggande uppfinning visas i. fig. 4. Följande be- teckningar används i fig. 4 eller svarar mot beteckningar i fig. 2 Och fig. 3: 10 15 20 25 30 35 466 082 s(n) = insignalen till prediktorn (t. ex. av mobil- stationen MS uppmätt signalstyrka); u(n) G s(n-L) = insignalen till det adaptiva filt- ret; ö(n) 0 ê(n|n-L) = utsignalen från det adaptiva filtret, varvid š(n|n-L) betecknar prediktio- nen av s(n) L steg framåt i tiden, beräknad vid tidpunkten n-L; o(n) G s(n) = önskad signal; z'L = en fördröjning på L steg; och â(n+L|n) = prediktionen av s(n) L steg framåt i tiden, beräknad vid tidpunkten n.

Ett adaptivt filter Fl, t. ex. av den typ som visas i fig. 3, tillförs vid tidpunkten n en insignal s(n-L) som fördröjts L steg, dvs. som anlänt till prediktorns ingång vid tidpunkten n- L. Det adaptiva filtrets Fl utsignal ê(n|n-L) gör en prediktion av insignalens s värde vid tidpunkten n pá basis av tidigare insignaler till filtret Fl före och fram till tidpunkten n-L.

Denna prediktion jämförs med det faktiska värdet av insignalen s vid tidpunkten n. Skillnadssignalen e(n) används för upp- i filtret Fl. uppdaterade koefficienter _g(n) kopieras sedan över till ett datering av filterkoefficienterna g(n) Dessa styrbart filter F2, t. ex. av den typ som visas i fig. 3 men med återkopplingen utelämnad, vars filterkoefficienter sålunda sätts lika med g(n). Denna kopiering indikeras i fig. 4 med en streckad pil. Eftersom prediktorns insignal s(n) även är kopplad till det styrbara filtret F2 kommer detta vid tidpunkten n att såsom utsignal ge en prediktion av insignalens s värde vid tidpunkten n+L.

Filterlängden N uppgår till mellan 1 och 30, företrädesvis mellan 4 och 10, medan fördröjningen L utgöres av ett heltal mellan 1 och 20, företrädesvis mellan 1 och 4.

I den beskrivna utföringsformen av uppfinningen mäts signaler från kringliggande basstationer i mobilstationen. Det inses dock att motsvarande principer kan användas för signaler utsända från 466 082 en mobilstation och uppmätta i de kringliggande basstationerna.

Dessutom har uppfinningen beskrivits i samband med ett system där handoff-beslutet fattas i. en basstation eller i. en mobilte- lefonväxel. Det finns dock system där handoff-beslutet fattas i mobilstationen. Uppfinningen kan tillämpas även vid sådana system.

Fackmannen inser att olika förändringar och modifieringar av uppfinningen är' möjliga utan att dessa faller utanför upp- finningens ram, vilken definieras av de bifogade patentkraven.

Claims (8)

lO 15 20 25 466 082 P A T E N T K R A V

1. Förfarande för prediktering av framtida mätvärden för handoff- beslut i ett mobilradiosystem, k ä n n e t e c k n a t av att vid diskreta tidpunkter, som representeras av heltal n, uppmätta mätvärden (s(n)) matas till en prediktor innefattande ett adaptivt filter (Fl), med vars filterkoefficienter (g(n)) första estimat (š(n+L|n)) av framtida mätvärden (s(n+L)) vid diskreta tidpunkter n+L, där L är ett positivt heltal, bildas pà basis av de uppmätta mâtvärdena.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av (a)att mätvärden fördröjda L diskreta tidssteg matas till det adaptiva filtret (Fl) för bildande av andra estimat (š(n|n- L)) av mätvärden vid de diskreta tidpunkterna n, (b)att skillnaden mellan det andra estimaten (š(n|n-L)) och det verkliga mätvärdet (s(n)) vid varje tidpunkt n utnyttjas för inställning av det adaptiva filtrets (Fl) filterkoefficienter (g(n)) vid tidpunkten n, (c)att de inställda filterkoefficienterna (g(n)) kopieras för bildande av filterkoefficienter i ett styrbart filter (F2), och (d)att de första estimaten (ê(n+L|n)) av framtida mätvärden vid tidpunkterna n+L bildas i det styrbara filtret (F2) med hjälp av de uppmätta mâtvärdena (s(n)).

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att filterkoefficienterna (Q(n)) inställs med hjälp av LMS-algorit men. f) 10 15 466 982

4. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att filterkoefficienterna (g(n)) inställs med hjälp av RLS-algorit- men .

5. Förfarande enligt något av föregående krav k ä n n e - t e c k n a t av att det adaptiva filtret (Fl) uppvisar mellan 1 och 30, företrädesvis mellan 4 och 10 filterkoefficienter (§(H))-

6. Förfarande enligt något av föregående krav k â n n e - t e c k n a t av att L är ett heltal mellan 1 och 20, företrä- desvis mellan l och 4.

7. Förfarande enligt något av föregående krav k ä n n e - t e c k n a t av att mätvärdena uppmäts i en mobilstation (MS) och överförs till en basstation (BS).

8. Förfarande enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a t av att mätvärdena utgöres av den vid mobilstationen (MS) uppmätta signalstyrkan för signaler utsända från basstationen (BS).